東英測(cè)繪——全站儀水準(zhǔn)法

什么是全站儀水準(zhǔn)法

“全站儀水準(zhǔn)法”的工作特點(diǎn)是已知一個(gè)點(diǎn)高程，求周圍點(diǎn)的高程，可根據(jù)地形條件在任意點(diǎn)設(shè)站,只要求與已知高程點(diǎn)和待求點(diǎn)通視,設(shè)站靈活，這種方法既結(jié)合了水準(zhǔn)測(cè)量的任一置站的特點(diǎn)，又減少了三角高程測(cè)量的誤差來(lái)源，同時(shí)每次測(cè)量時(shí)還不必量取儀器高、棱鏡高，有效減少了量取儀器高和目標(biāo)高所帶來(lái)的誤差，使三角高程測(cè)量精度進(jìn)一步提高，施測(cè)速度更快。

傳統(tǒng)三角高程測(cè)量方法：

如上圖所示，已知A點(diǎn)高程HA,求B點(diǎn)高程。

假設(shè)A，B兩點(diǎn)相距不太遠(yuǎn)，可以將水準(zhǔn)面看成水準(zhǔn)面，也不考慮大氣折光的影響。為了確定高差HAB，可在A點(diǎn)架設(shè)全站儀，在B點(diǎn)豎立跟蹤桿，觀測(cè)垂直角а，并直接量取儀器高i和棱鏡高t。

        則     HB=HA+D*SIN@1 +i-t   

其中@為在A點(diǎn)觀測(cè)B點(diǎn)時(shí)的垂直角,@為仰角SIN@為正，@為俯角SIN@為負(fù)。i為測(cè)站點(diǎn)的儀器高，t為棱鏡高。

        這就是三角高程測(cè)量的基本公式，但它是以水平面為基準(zhǔn)面和視線是直線為前提的。因此，只有當(dāng)A，B兩點(diǎn)間的距離很短時(shí)，才比較準(zhǔn)確。當(dāng)A，B兩點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，就必須考慮地球彎曲和大氣折光的影響了，這里不考慮球球氣差的改正。從傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量方法中我們可以看出，它具備以下兩個(gè)特點(diǎn)：

        1、全站儀必須架設(shè)在已知高程點(diǎn)上

        2、要測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程，必須量取儀器高和棱鏡高。

“全站儀水準(zhǔn)法”過程推導(dǎo)：

如上圖，已知HB，求HC，據(jù)三角高程測(cè)量

    HAB=HB-HA=S1*SIN@1                                   （1）

    HA=HB-S1*SIN@1                                            （2）

    HAC=HC-HA=S2*SIN@2                                   （3）

    HC= HA+S2*SIN@2                                          （4）

將(2)代入(4)：

    HC= HB- S1*SIN@1+ S2*SIN@2                       （5）

其中@為測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的垂直角，S測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的斜距。

    由（5）式可知，測(cè)量待測(cè)點(diǎn)C時(shí)不需儀器高，棱鏡高，測(cè)出的待測(cè)點(diǎn)高程在理論上和傳統(tǒng)三角高程是一致的，并且很形象的知道測(cè)站只對(duì)高程進(jìn)行了傳遞。

“全站儀水準(zhǔn)法”實(shí)例：

如上圖，已知B點(diǎn)高程HB=1.325m,求C點(diǎn)高程。

一、在B點(diǎn)旁選擇合適點(diǎn)A，架設(shè)儀器，與BC兩點(diǎn)通視，將儀器高和棱鏡高都設(shè)置為零。

二、對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)B測(cè)距，求得AB兩點(diǎn)間的高差HAB=S1*SIN@1=-0.124m,直接從儀器讀取。

三、修改棱鏡高，棱鏡高=-（HB-HAB）=-(1.325+0.124)=-1.449m。

四、在儀器中輸入棱鏡高-1.449m，再次測(cè)距，此時(shí)儀器內(nèi)目標(biāo)高應(yīng)為HB=1.325m，如果不符，則需檢查。

五、照準(zhǔn)目標(biāo)C，測(cè)距，求得C點(diǎn)高程。

在此過程中，全站儀起到了高程傳遞的作用。最關(guān)鍵的一步是第三步，設(shè)置棱鏡高。這樣設(shè)置目的是將已知點(diǎn)B的高程點(diǎn)的值轉(zhuǎn)移到測(cè)站點(diǎn)（如（2）式），也可以理解為將A點(diǎn)高程歸化到與B點(diǎn)相同的高程基準(zhǔn)面。通過修改儀器高也能達(dá)到同樣的效果，但是儀器高一般在設(shè)站后就不好更改，所以選擇更改棱鏡高。在實(shí)際測(cè)量中，棱鏡高還可以根據(jù)實(shí)際情況改變，只要記錄下相對(duì)于初值t增大或減小的數(shù)值，就可在測(cè)量的基礎(chǔ)上計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)的實(shí)際高程。如在B點(diǎn)用無(wú)棱鏡引測(cè)標(biāo)高，測(cè)量C點(diǎn)時(shí)用1.3m的棱鏡，則將儀器測(cè)量模式切換到圓棱鏡測(cè)距，鏡高修改為-1.449+1.3=-0.149m。

對(duì)于帶無(wú)棱鏡測(cè)距的全站儀，如徠卡TCR系列的帶免棱鏡測(cè)距功能的全站儀，可以將標(biāo)高點(diǎn)引測(cè)到周邊固定的巖石或建筑物上并標(biāo)識(shí)，在以后的操作過程中引測(cè)該點(diǎn)，將大大的提高工作效率。

“全站儀水準(zhǔn)法”設(shè)站靈活，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，簡(jiǎn)潔，快速，精度高，高程精度達(dá)到了±2mm,在大型精密工程測(cè)量中非常實(shí)用。

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